特開 2022-143960 スポット溶接の良否判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022143960

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】スポット溶接の良否判定方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/25 20060101AFI20220926BHJP

   B23K 11/11 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

B23K11/25 512

B23K11/11 540

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021044769

(22)【出願日】2021-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100196346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 貴士

(72)【発明者】

【氏名】今本 和伸

【テーマコード（参考）】

4E165

【Ｆターム（参考）】

4E165AA02

4E165AA04

4E165AA31

4E165AB02

4E165AC01

4E165BB02

4E165BB12

4E165DA11

(57)【要約】

【課題】スポット溶接後に板組を切断することなく、簡易にスポット溶接の良否を判定することのできる方法を提供する。
【解決手段】重ね合わせた複数の金属板１，２を一対の電極１１，１２で挟持して所定の通電パターンで通電することにより、複数の金属板１，２のスポット溶接を行う。ここで、所定の通電パターンは、予備通電と、予備通電の後、複数の金属板１，２間の接触部３ａに溶融部４ａの形成を図る本通電とを有する。通電期間中に複数の金属板１，２の通電抵抗を測定して、測定した通電抵抗のピークＰが予備通電期間Ｓ１中にあるか否かに基づいて、スポット溶接の良否を判定する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

重ね合わせた複数の金属板を一対の電極で挟持して所定の通電パターンで通電することにより、前記複数の金属板のスポット溶接を行うに際し、
前記所定の通電パターンは、予備通電と、前記予備通電の後、前記複数の金属板間の接触部に溶融部の形成を図る本通電とを有し、
前記通電期間中に前記複数の金属板の通電抵抗を測定して、前記測定した通電抵抗のピークが前記予備通電期間中にあるか否かに基づいて、前記スポット溶接の良否を判定する、スポット溶接の良否判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スポット溶接の良否判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車の車体の組立工程では、複数の鋼板に一対の電極を当接させて通電することにより、鋼板同士の接触部を抵抗発熱により溶融させてナゲットを形成するスポット溶接が行われている。

【0003】

また、スポット溶接では、複数の金属板の間に適切なナゲットを形成するために、種々の通電パターンで通電を行うことが提案されている。例えば、特許文献１には、ナゲットを成長させる程度の高い電流値を維持する時間帯と、スパッタを発生させずに鋼板を軟化させる程度の低い電流値を維持する時間帯を交互に繰り返しながら、電流値を徐々に高くする通電パターンが提案されている。

【0004】

また、特許文献２には、通電パターンに加えて、加圧力を所定のパターンで変化させながら通電することで、適正なナゲットを安定的に得るための方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－１８１６２１号公報

【特許文献2】特開２０２０－９９９３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、近年、衝突安全性や燃費の向上を目的として、ハイテン又は超ハイテンと呼ばれる高張力鋼板と軟鋼板とを組み合わせて車体用の構造材に使用する試みが広がっている。この場合、ハイテン等と軟鋼板とを重ね合わせた板組での溶接品質を確保することが求められる。しかしながら、剛性が大きく異なる鋼板同士の板組においては、一対の電極で挟持加圧した状態においても、鋼板間に隙間（板隙とも称する。）が生じ易い問題がある。加圧及び通電加熱による鋼板の軟化により板隙を十分に詰めることができない場合、鋼板間の接触面積が小さいためにナゲットとなる溶融部を十分に成長させることができない。また、鋼板間の接触状態が安定しないため、スパッタが発生し易い問題もある。

【0007】

上述した類の板組においてスパッタを発生させないようにするには、例えば特許文献１又は２に記載のように、加熱軟化に関わる通電の時間帯を長くするなど通電パターンを最適化し、又は一対の電極による加圧力を高めるなど加圧力のパターンの最適化を図る必要が生じるが、良好なナゲットが形成されているか否かは、実質的に、溶接後の板組を切断しないと確認することができない。そのため、溶接条件の最適化のためには、数多くの溶接テストを繰り返し、その都度、板組を切断して溶接の良否を判定する必要が生じる。これでは、溶接条件の最適化に要する工数が非常に増えることで、コストアップを招く問題がある。特に、ハイテンを含む板組に対する溶接のデータは、ハイテンを使用し始めてからの期間が短いために、十分なデータがなく、上述の問題が顕著となる。

【0008】

以上の事情に鑑み、本明細書では、スポット溶接後に板組を切断することなく、簡易にスポット溶接の良否を判定することのできる方法を提供することを、解決すべき技術課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題の解決は、本発明に係るスポット溶接の良否判定方法によって達成される。すなわち、この良否判定方法は、重ね合わせた複数の金属板を一対の電極で挟持して所定の通電パターンで通電することにより、複数の金属板のスポット溶接を行うに際し、所定の通電パターンは、予備通電と、予備通電の後、複数の金属板間の接触部に溶融部の形成を図る本通電とを有し、通電期間中に複数の金属板の通電抵抗を測定して、測定した通電抵抗のピークが予備通電期間中にあるか否かに基づいて、スポット溶接の良否を判定する点をもって特徴付けられる。

【0010】

なお、ここでいう本通電とは、金属板同士の接触部に溶融部を形成することを目的とした通電を意味し、予備通電とは、溶融部の形成以外を目的とした通電、例えば金属板の加熱軟化を目的とした通電を意味する。従って、例えば固相接合など、溶融部以外の接合部の形成を目的とした通電は、予備通電に含まれる。

【0011】

本発明者は、予備通電と、予備通電の後に溶融部の形成を図る本通電とを有する通電パターンで通電してスポット溶接を行う場合に、通電期間中の通電抵抗に着目し、そのピーク時期が溶接品質に及ぼす影響について鋭意検討した結果、通電抵抗のピークが予備通電期間中にある場合と本通電期間中にある場合とで、得られる接合体の品質が異なることを見出すに至った。本発明は、上記知見に基づきなされたもので、予備通電と、予備通電の後に、溶融部の形成を図る本通電とを有する通電パターンで通電してスポット溶接を行う場合に、通電期間中の通電抵抗を測定し、測定した通電抵抗のピーク時期によって、スポット溶接の良否を判定するようにした。このように、スポット溶接の通電期間中に測定して得た通電抵抗のピーク時期に基づいて、スポット溶接の良否を判定することで、スポット溶接時に（いわゆるインプロセスで）スポット溶接の良否を評価できる。そのため、溶接後の板組を切断して溶接の良否を判断する場合と比べて工数を削減でき、ひいては作業コストの低減化を図ることができる。また、インプロセスで溶接の良否を判定できれば、直後の板組に対して改善後の溶接条件（例えば加圧力の増加、予備通電時間の増加など）を適用することができるので、効率よく短時間で溶接条件の変更が可能となる。もちろん、インプロセスでスポット溶接の良否を判定できるので、所定の溶接品質を満たした板組のみを確実に取得することができる。よって、安定した溶接品質を確保することが可能となる。

【発明の効果】

【0012】

以上のように、本発明に係るスポット溶接の良否判定方法によれば、スポット溶接後に板組を切断することなく、簡易にスポット溶接の良否を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るスポット溶接の良否判定方法の概要を説明するための図である。

【図2】スポット溶接時における通電パターンの一例を示すグラフである。

【図3】溶接品質の良好な接合体が得られる場合の通電パターンと通電抵抗履歴との関係を示すグラフである。

【図4】溶接品質の良好な場合の板組の要部断面図で、（ａ）予備通電終了時における要部断面図と、（ｂ）本通電終了時における要部断面図である。

【図5】溶接品質が良好とはいえない接合体が得られる場合の通電パターンと通電抵抗履歴との関係を示すグラフである。

【図6】溶接品質が良好とはいえない場合の板組の要部断面図で、（ａ）予備通電終了時における要部断面図と、（ｂ）本通電終了時における要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態に係るスポット溶接の良否判定方法の内容を図面に基づいて説明する。

【0015】

図１は、本実施形態に係るスポット溶接装置１０の全体構成を示している。この溶接装置１０は、一対の電極１１，１２と、トランス１３と、電流計１４と、加圧手段１５とを備える。また、溶接対象となる板組（ここでは二枚の金属板１，２）が一対の電極１１，１２間に配置される。

【0016】

ここで、板組をなす金属板１，２の一例を挙げると、一方の金属板１が引張強度３００ＭＰａ以下で板厚１．２ｍｍ以下の軟鋼板で、他方の金属板２が引張強度５５０ＭＰａ以上で板厚０．７ｍｍ以下のハイテン材である。

【0017】

一対の電極１１，１２はともに電流供給部としてのトランス１３に接続され、この通電経路上に電流計１４が設けられる。少なくとも一方の電極（ここでは図１上側の電極１１）がシリンダなどの加圧手段１５に取付けられる。そのため、加圧手段１５で一方の電極１１を駆動して、一方の金属板１に押し付けることにより、金属板１，２が一対の電極１１，１２で挟持され、所定の加圧力が付与される。また、トランス１３により所定の通電パターンの電流が、一対の電極１１，１２間に供給される。

【0018】

この際、一対の電極１１，１２間を流れる電流の大きさは、通電経路上に設けられた電流計６より計測される。通電時の電圧の大きさは、本実施形態では、トランス１３の二次コイルに生じた電圧として計測される。加圧力の大きさは、本実施形態では、加圧手段１５としてのシリンダの反力として計測される。また、この場合、後述する通電抵抗（図３を参照）は、トランス１３で計測した電圧値を、電流計６で計測した電流値で除した値として測定される。

【0019】

図２は、本実施形態に係る通電パターンの一例を示している。この通電パターンは、予備通電と、本通電とを有する。図２中の符号Ｓ１で示す期間が、予備通電の期間となり、図２中の符号Ｓ２で示す期間が、本通電の期間となる。本図示例では、予備通電として、一定の勾配で電流値を上昇させる通電パターンとしている。また、本通電として、予備通電終了時の電流値を維持する通電パターンとしている。

【0020】

なお、図２には、本実施形態に係る加圧力パターンの一例も示されている。この図示例では、予備通電の開始時よりも早く加圧を開始し、一定の勾配で上昇させた後、維持する加圧力パターンとしている。

【0021】

以下、上記構成のスポット溶接装置１０を用いて、スポット溶接を行った際のスポット溶接の良否判定方法の一例を説明する。

【0022】

まず、図１に示すように溶接対象となる板組（ここでは重ね合わせた二枚の金属板１，２）を一対の電極１１，１２間に配置する。正確には、板組のうち溶接を行う箇所が一対の電極１１，１２間に位置するよう、一対の電極１１，１２を配置する。そして、加圧手段１５により一方の電極１１を駆動して、一方の電極１１を近接する側の金属板１に押し付ける。これにより、一対の電極１１，１２で二枚の金属板１，２を挟持する。よって、加圧前に二枚の金属板１，２間に隙間（板隙）がある場合、この隙間が詰められた状態となる。

【0023】

また、電流供給部としてのトランス１３により所定の通電パターン（例えば図２に示す通電パターン）で通電を開始する。まず予備通電を行うことで、二枚の金属板１，２を加熱し、これら金属板１，２の軟化を図る。これにより、例えば図４（ａ）に示すように、二枚の金属板１，２のうち少なくとも一方の金属板１が変形すると共に、二枚の金属板１，２同士の接触面積Ａ１が予備通電開始時と比べて増大する。

【0024】

このようにして予備通電が終了した後、本通電に移行し、通電を続行する。これにより、例えば図４（ｂ）に示すように、二枚の金属板１，２同士の接触部３ａに、ナゲットとなる溶融部４ａが形成される。この溶融部４ａは、本通電を続行することで所定の大きさにまで成長する。

【0025】

また、上述した通電期間中（少なくとも予備通電期間Ｓ１の全期間と、本通電期間Ｓ２の開始後数サイクル分）の通電抵抗を測定する。本実施形態では、上述の通り、通電期間中の電圧値と電流値を所定時間ごとに計測し、計測して得た電圧値を電流値で除した値を当該時刻における通電抵抗として取得する。図３に、通電期間中における通電抵抗の履歴（グラフ）の一例を示す。この図示例では、通電抵抗は、予備通電の開始と共に上昇し始め、予備通電期間Ｓ１中にピークＰを示した後、本通電期間Ｓ２に至った後も減少を続ける履歴を辿っている。

【0026】

本実施形態では、上述のように通電抵抗を測定すると共に、通電抵抗の値がピークＰを示した時期に基づいて、スポット溶接の良否を判定する。なお、この良否判定は、例えばトランス１３の制御部（又は図示しない別個の演算部）により測定した通電抵抗データに基づいて自動的に実施される。例えば図３に示すように、測定して得た通電抵抗のピークＰが、予備通電期間Ｓ１内にある場合、トランス１３の制御部は、本スポット溶接が良好に行われていると判定する。この場合、本スポット溶接で得られた接合体は、良品として後工程に搬送される。

【0027】

一方、例えば図５に示すように、測定して得た通電抵抗のピークＰが、本通電期間Ｓ２内にある場合、トランス１３の制御部は、本スポット溶接が良好に行われているとは言えないと判定する。この場合、例えば図６に示すように、予備通電終了時における金属板１，２同士の接触面積Ａ２が、良好な溶接が行われている場合の接触面積Ａ１（図４（ａ）を参照）よりも小さく、又は金属板１，２同士の接触状態が安定していない可能性が高い。そのため、本通電により金属板１，２同士の接触部３ｂに形成される溶融部４ｂの大きさについても、良好な溶接が行われている場合の溶融部４ａ（図４（ｂ）を参照）よりも小さく、又はスパッタを含む火花５が発生する可能性が高い。よって、この場合、本スポット溶接で得られた接合体は、不良品として廃棄し、又は再度溶接工程を実施するために所定の位置に搬送される。

【0028】

また、上述した溶接不良の判定結果が一定の以上の割合で発生している場合、トランス１３の制御部は、例えば加圧手段１５による加圧力の最大値を高める変更を行う。これにより、直後に溶接位置に搬入される板組（二枚の金属板１，２）に対して板隙の詰め態様が改善される。具体的には金属板１，２同士の接触面積が増大し、又は接触状態が図４（ａ）の状態で安定する。これにより、良品率を高めて歩留まりの向上を図ることが可能となる。

【0029】

以上述べたように、本実施形態に係るスポット溶接の良否判定方法では、予備通電と、予備通電の後に、溶融部４ａの形成を図る本通電とを有する通電パターンで通電してスポット溶接を行う場合に、通電期間Ｓ１，Ｓ２中の通電抵抗を測定し、測定した通電抵抗のピークＰの時期によって、スポット溶接の良否を判定するようにした。このように、スポット溶接の通電期間Ｓ１，Ｓ２中に測定して得た通電抵抗のピークＰの時期に基づいて、スポット溶接の良否を判定することで、スポット溶接時にスポット溶接の良否を評価できる。そのため、溶接後の板組を切断して溶接の良否を判断する場合と比べて工数を削減でき、ひいては作業コストの低減化を図ることができる。また、インプロセスで溶接の良否を判定できれば、直後の板組に対して改善後の溶接条件（本実施形態では加圧力の増加）を適用することができるので、効率よく短時間で溶接条件の変更が可能となる。もちろん、インプロセスでスポット溶接の良否を判定できるので、所定の溶接品質を満たした板組のみを確実に取得することができる。よって、安定した溶接品質を確保することが可能となる。

【0030】

また、通電期間中の通電抵抗であれば、本実施形態のようにトランス１３と電流計６で測定することができるので、専用の計測機器や設備を別に設ける必要がない。そのため、本溶接の良否判定を低コストに実施することが可能となる。

【0031】

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るスポット溶接の良否判定方法は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

【0032】

例えば、上記実施形態では、溶接不良判定後の対応として、加圧力の増大を直後の溶接対象（板組）に適用する場合を例示したが、これ以外の対応をとることも可能である。例えば、予備通電期間Ｓ１終了時まで通電抵抗を測定した時点で、通電抵抗のピークＰが現れない（予備通電の終了時が通電抵抗の最大値となった）場合、ピークＰが本通電期間Ｓ２内にあるものとみなして、即時に加圧力の引き上げを行ってもよい。これにより、インプロセスでの溶接条件の修正（最適化）が個別の板組ごとに可能となり、更なる良品率の向上が可能となる。

【0033】

また、上記実施形態では、トランス１３で測定した電圧値と、電流計６で測定した電流値を用いて（電圧値を電流値で割って）通電抵抗の値を取得（測定）した場合を例示したが、もちろんこれには限定されない。実質的に一対の電極１１，１２間の通電抵抗とみなし得る限りにおいて、その測定手段は任意である。

【0034】

また、上記実施形態では、予備通電として、一定の勾配で電流値が増大する通電パターンを例示したが、もちろんこれには限定されない。例えば図示は省略するが、通電パターンとして、いわゆる多段通電パターン（特許文献１を参照）を採用し、本通電に該当しない最初の一段通電又は複数の多段通電期間を予備通電期間Ｓ１としてもよい。同様に、上記実施形態では、本通電として、電流値を一定の大きさに維持する通電パターンを例示したが、もちろんこれ以外の通電パターンを採用することも可能である。例えば図示は省略するが、所定の勾配で電流値が増大又は減少する通電期間を少なくとも一部に含む通電パターンを採用することもでき、あるいは予備通電と同様、多段通電パターンのうち予備通電に該当しない複数の多段通電期間を本通電期間Ｓ２としてもよい。要は、金属板１，２同士の接触部３ａにナゲットとなる適正な大きさの溶融部４ａを形成可能な限りにおいて、本通電の通電パターンは任意である。

【0035】

また、上記実施形態では、溶接対象となる板組（二枚の金属板１，２）としてハイテン板と軟鋼板との組み合わせを例示したが、もちろんこれには限られない。例えば二枚の金属板１，２を何れもハイテンとしてもよい。あるいは、超ハイテンと軟鋼板、超ハイテンとハイテン、超ハイテン同士の組み合わせを溶接対象となる板組としてもよい。また、何れの組み合わせにおいても、各種金属板を二枚以上用いて合計で三枚以上の板組とし、この板組を本発明に適用してもよいことはもちろんである。

【符号の説明】

【0036】

１，２ 金属板
３ａ，３ｂ 接触部
４ａ，４ｂ 溶融部
６ 電流計
１０ スポット溶接装置
１１，１２ 電極
１３ トランス
１４ 電流計
１５ 加圧手段
Ａ１，Ａ２ 接触面積
Ｐ ピーク
Ｓ１ 予備通電期間
Ｓ２ 本通電期間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】